烷基添加剂介导的二维锡卤化物钙钛矿生长及其高效电荷传输机制研究

这篇研究创新性地采用1,8-二碘辛烷（DIO）作为烷基添加剂，通过螯合[SnI6]4?八面体笼的碘空位，调控二维锡卤化物钙钛矿（(PEA)2SnI4）的结晶动力学，显著提升薄膜质量与器件性能。优化后的DIO-(PEA)2SnI4晶体管场效应迁移率（μFE）达0.51 cm2 V?1 s?1，较原始器件提升2.3倍，同时光晶体管响应度（R）突破1.13×105 A/W，为钙钛矿（opto）电子器件开发提供新策略。

　　

Abstract

溶液法制备的二维锡（Sn²⁺）卤化物钙钛矿因其平衡的电学性能成为（光）电子器件研究热点。然而Sn²⁺的强路易斯酸性及快速结晶特性导致薄膜质量难以控制。本研究引入1,8-二碘辛烷（DIO）作为添加剂，通过螯合[SnI₆]^4?无机八面体笼的中间态碘空位，显著延缓结晶速率，获得晶格平行基底排列的高质量薄膜。DIO-(PEA)₂SnI₄晶体管的场效应迁移率提升至原始器件的2倍以上，并展现出优异的光电转换能力。

1 Introduction

锡基二维钙钛矿在太阳能电池、发光二极管等领域表现突出，但Sn²⁺的快速结晶易引发高缺陷密度。传统溶剂工程（如DMSO）虽可调控结晶，但会加速Sn²⁺氧化。本研究借鉴铅基钙钛矿中DIO的螯合作用，首次将其应用于(PEA)₂SnI₄体系，通过形成中间体复合物实现结晶动力学精准调控。

2 Results and Discussion

结构表征：XRD显示DIO引入导致0.05°负峰移，表明晶格膨胀；UV-vis吸收边蓝移及PL红移证实DIO诱导的拉伸应变。SEM显示1 vol% DIO使晶粒尺寸增至2-5 μm，消除孔洞，粗糙度（RMS）从3.6 nm降至2.6 nm。AFM证实晶粒间暗点（深度0.5-2 nm）为结晶残留，而非孔洞缺陷。

结晶机制：FT-IR显示退火后DIO-(PEA)₂SnI₄的sp² C-H峰从3062 cm^?1红移至3064 cm^?1，表明DIO挥发后PEA⁺分子间作用增强。GIWAXS证实DIO薄膜具有更尖锐的(100)取向峰，晶格连接性显著改善。

器件性能：TLM测试显示接触电阻（R_cW）从23.7 kΩ·cm降至4.87 kΩ·cm。最优DIO器件μ_FE达0.51 cm² V^?1 s^?1，陷阱密度（N_trap）降至1.66×10¹³ cm^?2。光晶体管在532 nm光照下R和D*分别达1.13×10⁵ A/W和8.57×10¹⁶ Jones，优于原始器件（4.05×10⁴ A/W）。

3 Conclusion

DIO通过中间体螯合作用实现二维锡钙钛矿的可控生长，为高性能（光）电子器件开发提供新思路。

4 Experimental Section

(PEA)₂SnI₄前驱体由PEAI（100 mg mL^?1）与SnI₂（75 mg mL^?1）以2:1摩尔比溶于DMF，DIO按0.5-2 vol%添加。旋涂后100°C退火10分钟，蒸镀Au电极完成底栅顶接触（BGTC）晶体管制备。